(57)【要約】【目的】  スパッタ成膜時に各成膜バッチ毎の比抵抗変動が低減され、発熱抵抗体の再現性及び信頼性に優れたサーマルヘッドを得る。【構成】  通電により発熱する複数の発熱抵抗体を備えたサーマルヘッドにおいて、上記複数の発熱抵抗体をＴａＮ−ＳｉＯ2により形成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発熱する複数の発熱抵抗体を備えたサーマルヘッドにおいて、前記複数の発熱抵抗体がＴａＮ−ＳｉＯ2により形成されていることを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
請求項１記載のサーマルヘッドにおいて、前記複数の発熱抵抗体の膜厚が１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であるサーマルヘッド。
【請求項３】
請求項１または２記載のサーマルヘッドにおいて、前記ＴａＮ−ＳｉＯ2は、ＴａＮの含有率が１０ａｔ％以上８０ａｔ％以下であるサーマルヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば熱転写型プリンタに搭載されるサーマルヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
サーマルヘッドは、放熱性に優れた基板上に、例えばガラス等の高断熱材料からなる蓄熱層と、通電により発熱する複数の発熱抵抗体と、各発熱抵抗体に個別に導通接続した複数の個別電極と、全発熱抵抗体に導通接続したコモン電極とを備え、コモン電極及び個別電極を介して発熱させた発熱抵抗体を、インクリボンとプラテンローラに巻きつけられた状態の被印刷物に圧接させることで印刷動作する。複数の発熱抵抗体は、一般に、Ｔａ−ＳｉＯ2やＴａＮによる薄膜で形成されている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−１２６６７７号公報
【特許文献２】特開平９−２０１９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、発熱抵抗体の形成材料としてＴａ−ＳｉＯ2を用いた場合には、発熱抵抗体をスパッタ成膜する際のプラズマ雰囲気中に含まれるＯ2やＨ2Ｏの割合が変動することにより、各成膜バッチ毎に形成される発熱抵抗体の比抵抗がばらつき、再現性が悪いことが判明した。本発明者が行なった試験結果によれば、成膜バッチ毎の発熱抵抗体の比抵抗変動範囲は、図３に示されるように、±１０％を超えてしまっている。このため、従来では、発熱抵抗体の膜厚を調整してシート抵抗値を一定にする処理が必要であった。
【０００５】
また、発熱抵抗体の形成材料としてＴａＮを用いる場合には、ＴａＮ自体の比抵抗が小さいため、発熱抵抗体のアスペクト比が小さくなる高密度のサーマルヘッドにおいては、一定以上のシート抵抗値を維持するために発熱抵抗体の膜厚を約１００ｎｍ以下に薄くする必要がある。このような薄い発熱抵抗体では、信頼性に欠けてしまう。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、スパッタ成膜時に各成膜バッチ毎の比抵抗変動が低減され、発熱抵抗体の再現性及び信頼性に優れたサーマルヘッドを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の発熱抵抗体をＴａ−ＳｉＯ2により形成した場合に各成膜バッチ毎に比抵抗変動率が高くなる原因が、スパッタリングされたＴａ原子がプラズマ雰囲気中に含まれるＯ2（酸素）原子やＨ2Ｏ（水）分子によって酸化され、プラズマ雰囲気状態が変わることによって酸化されるＴａ原子の量が変動するためだという推測に基づいてなされたものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、通電により発熱する複数の発熱抵抗体を備えたサーマルヘッドにおいて、上記複数の発熱抵抗体がＴａＮ−ＳｉＯ2により形成されていることを特徴としている。
【０００９】
Ｔａ−ＳｉＯ2の替わりにＴａＮ−ＳｉＯ2を用いれば、成膜バッチ毎の比抵抗変動率が低減されると共に、全体の成膜バッチを通して比抵抗変動率±５％範囲内のほぼ安定した比抵抗が得られ、発熱抵抗体の再現性の向上を図れる。ＴａＮ−ＳｉＯ2を用いることにより比抵抗変動率が低減するのは、Ｔａが予め窒化物として存在していることから、スパッタ成膜中に酸化されるＴａ原子が少なく、プラズマ雰囲気状態が変化しても成膜した発熱抵抗体の比抵抗（シート抵抗値）に大きな影響がないためだと推測される。さらにＴａＮ−ＳｉＯ2を用いれば、アニール処理前後での抵抗低下率も安定し、歩留まりの改善にもつながる。また、ＴａＮの替わりにＴａＮ−ＳｉＯ2を用いれば、比抵抗を１０ｍΩ・ｃｍ以上１００ｍΩ・ｃｍ以下の範囲内に調整しつつ、十分な厚さを維持できるので、発熱抵抗体の信頼性の向上を図れる。
【００１０】
複数の発熱抵抗体の膜厚は、１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。この範囲内であれば、発熱抵抗体の比抵抗を１０ｍΩ・ｃｍ以上１００ｍΩ・ｃｍ以下の範囲内に調整することができ、且つ、十分な厚さを維持しているので発熱抵抗体の信頼性が向上する。
【００１１】
ＴａＮ−ＳｉＯ2は、ＴａＮの含有率が１０ａｔ％以上８０ａｔ％以下であることが実用的である。上記範囲内であれば、発熱抵抗体の比抵抗を５０ｍΩ・ｃｍ程度に調整しつつ、発熱抵抗体の膜厚を十分厚く維持することができる。より好ましくは、ＴａＮの含有率が１０ａｔ％以上５０ａｔ％以下であるとよい。ＴａＮの含有率が１０ａｔ％以上５０ａｔ％以下の範囲であれば、ＴａＮ−ＳｉＯ2ターゲットをより製造しやすくなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、発熱抵抗体の成膜バッチ毎の比抵抗変動及びアニール処理前後の比抵抗変動が低減され、発熱抵抗体の再現性及び信頼性に優れたサーマルヘッドを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態によるサーマルヘッドの構造を示す断面図である。本実施形態のサーマルヘッドは、巨視的な凹凸のない平坦な基板１の上に、片凸断面形状を形成する蓄熱層２を有している。基板１は、アルミナやセラミック材料、金属材料により形成されている。蓄熱層２は、高断熱性のガラス材料または、Ｓｉ（シリコン）とＴａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）等のような遷移金属の中から選択される少なくとも１つとＯ2（酸素）とを含む酸化化合物により形成されている。蓄熱層２の表面は、例えばＳｉＯ2からなる絶縁層３で覆われている。この絶縁層３を介した蓄熱層２の上に、図示Ｙ方向（図１の紙面に対して垂直な方向）に微小間隔をあけて整列した複数の発熱抵抗体４ａが配置されている。
【００１４】
複数の発熱抵抗体４ａは、絶縁層３の上に形成された抵抗体層４の一部であり、通電により発熱する。各発熱抵抗体４ａの表面は、ＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＮ、Ｓｉ3Ｎ4またはＳｉＯＮ、ＡｌＳｉＯ、ＳＩＡＬＯＮ等からなる絶縁バリア層５によって覆われている。絶縁バリア層５は、各発熱抵抗体４ａの表面酸化やプロセス中のダメージを防止する保護層として機能する。複数の発熱抵抗体４ａの一端側には、すべての発熱抵抗体４ａに共通に接続される共通電極６が接続され、他端側には各発熱抵抗体４ａ毎に個別に接続される個別電極７が接続されている。共通電極６は、抵抗体層４及び基板１上に形成されており、基板１が金属材料により形成されている場合には基板１も電極として機能させる。個別電極７の上には配線用のＡｌ電極８が形成されている。絶縁バリア層５、共通電極６及び個別電極７の表面には、図示されていないが、インクリボン等の接触から該絶縁バリア層５、共通電極６及び個別電極７を保護する耐磨耗性保護層が形成されている。
【００１５】
上記構成のサーマルヘッドにおいて、複数の発熱抵抗体４ａ（抵抗体層４）は、ＴａＮ−ＳｉＯ2により１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下程度の膜厚で形成されている。本発明者は、試行錯誤の結果、ＴａＮ−ＳｉＯ2が、スパッタ成膜時のプラズマ雰囲気状態にかかわらず安定な比抵抗（シート抵抗値）を得やすいという特性を有し、抵抗体材料として最適であることを見出した。ＴａＮ−ＳｉＯ2中に含まれるＴａＮの割合は、１０ａｔ％以上８０ａｔ％以下であることが好ましい。
【００１６】
図２に示される本実施例と図３に示される比較例とを比較し、ＴａＮ−ＳｉＯ2からなる発熱抵抗体４ａの成膜バッチ毎の比抵抗変動（比抵抗のばらつき）について説明する。図２及び図３は、時系列的に連続する２つの成膜バッチ間における、発熱抵抗体の比抵抗変動率を示すグラフである。
【００１７】
図２に示される本実施例は、ＴａＮ−ＳｉＯ2（組成比ＴａＮ：ＳｉＯ2＝５０：５０）の焼結ターゲットを用いて、図１の発熱抵抗体４ａをスパッタ成膜している。図３に示される比較例は、Ｔａ−ＳｉＯ2（組成比Ｔａ：ＳｉＯ2＝４３：５７）の焼結ターゲットを用いて、発熱抵抗体をスパッタ成膜している。なお、比較例のＴａ−ＳｉＯ2からなる発熱抵抗体及び抵抗体層は図示されていないが、ＴａＮ−ＳｉＯ2からなる発熱抵抗体４ａ及び抵抗体層４と区別するため、以下では「発熱抵抗体４ａ’及び抵抗体層４’」とそれぞれ記載することにする。
【００１８】
図２において成膜バッチ数Ｎ＝１、１１、１９、２８のスパッタ成膜は、新たなＴａＮ−ＳｉＯ2ターゲットに交換してから最初に実行したスパッタ成膜であり、同様に、図３において成膜バッチ数Ｎ＝９、２７のスパッタ成膜は、新たなＴａ−ＳｉＯ2ターゲットに交換してから最初に実行したスパッタ成膜である。
【００１９】
図２を見ると、ターゲット交換前後（Ｎ＝１、１１、１９、２８）では比抵抗変動率が＋４％を超えているが、ターゲット交換前後以外では比抵抗変動率がほぼ±２％程度の範囲内におさまり、安定していることがわかる。この図２において、成膜バッチ数１〜４６までの間で比抵抗変動率の最大差分は、１２．５％（＝｜＋６．５％｜＋｜−６．０％｜）程度となっている。これに対し図３を見ると、全体的に比抵抗変動率が±５％ないし±１０％の範囲で上下しており、ターゲット交換前後（Ｎ＝９、２７）では比抵抗変動率が±１０％を超え、さらに、成膜バッチ数１〜４６までの間で比抵抗変動率の最大差分は３４．５％（＝｜＋１７．５％｜＋｜−１７．０％｜）程度となっている。この図２と図３を比較すれば、本実施例は、比較例よりも、成膜バッチ毎の発熱抵抗体の比抵抗変動率が低減されていることが明らかである。
【００２０】
Ｔａ−ＳｉＯ2ターゲットを用いる比較例において比抵抗変動率が高いのは、スパッタ成膜時に、スパッタリングされたＴａ原子がプラズマ雰囲気中に含まれるＯ2（酸素）原子やＨ2Ｏ（水）分子によって酸化され、プラズマ雰囲気状態が変わることによって酸化されるＴａ原子の量が変動するためだと推測される。本実施例のようにＴａＮ−ＳｉＯ2ターゲットを用いれば、Ｔａが予め窒化物としてターゲット中に存在しているため、スパッタリングされる単体のＴａ原子が少なく、ほぼ全てのＴａ原子が窒化物であるため酸化されにくく、プラズマ雰囲気状態が変化しても成膜した抵抗体層の比抵抗（シート抵抗値）に大きな影響がないと思われる。これにより、全体の成膜バッチを通して比抵抗変動率±５％範囲内のほぼ安定した比抵抗が得られ、再現性に優れる。
【００２１】
次に、ＴａＮ−ＳｉＯ2ターゲットからなる発熱抵抗体４ａの製造方法について説明する。
【００２２】
先ず、ＴａＮの粉末とＳｉＯ2の粉末とを所定の比率で混ぜ合わせて焼結し、抵抗体成膜用のＴａＮ−ＳｉＯ2ターゲットを作成する。ＴａＮは、ＴａＮ−ＳｉＯ2中に１０ａｔ％以上８０ａｔ％以下程度の割合で含まれていることが好ましい。この範囲内であれば、成膜した発熱抵抗体４ａの比抵抗を１０ｍΩ・ｃｍ以上１００ｍΩ・ｃｍ以下程度に制御することができる。図２に示す本実施例では、ＴａＮの粉末とＳｉＯ2の粉末とを５０：５０の割合で混ぜ合わせて焼結したＴａＮ−ＳｉＯ2ターゲットを用いている。ＴａＮの粉末とＳｉＯ2の粉末の混合粉末を焼結する際には、例えばＮｂＯ等の焼結助剤を用いても用いなくてもよい。作成したＴａＮ−ＳｉＯ2ターゲットは、所定の治具に装着してスパッタ装置内に取り付ける。
【００２３】
次に、平坦且つ平面的な基板表面１ａ上に片凸断面形状の蓄熱層２を有する基板１（図１参照）を、スパッタ装置内のＴａＮ−ＳｉＯ2ターゲットに対向する位置に、該ＴａＮ−ＳｉＯ2ターゲットから５〜１０ｃｍ程度離して配置する。なお、「平坦」とは基板表面１ａに巨視的な凹凸のない平坦な状態を意味し、「平面的」とは基板表面１ａにソリ及び欠け等の形状変化がない状態を意味する。
【００２４】
続いて、露出している基板表面１ａ及び蓄熱層２の上に全面的に、ＴａＮ−ＳｉＯ2からなる抵抗体層４をスパッタ成膜する。このとき、抵抗体層４の膜厚は１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下程度とすることが好ましい。この範囲内の膜厚であれば、発熱抵抗体４ａの比抵抗を５０ｍΩ・ｃｍ程度に確保でき、また十分な厚さを維持しているので抵抗体層４の信頼性も向上する。
【００２５】
スパッタ成膜後は、抵抗体層４の熱的な抵抗値を安定化させるために、約８００〜１０００℃で真空アニール処理を行なう。抵抗体層４の上には、後の工程で、形成すべき複数の発熱抵抗体４ａの平面的な大きさを規定する絶縁バリア層５が例えばＳｉＯ2により形成される。この絶縁バリア層５で覆われた抵抗体層４の各領域がそれぞれ、個々の発熱抵抗体４ａになる。
【００２６】
図４及び図５は、アニール処理前後における抵抗体層４の比抵抗低下率（％）を示すグラフである。図４は、図２に示される上述の本実施例において抵抗体層４のアニール処理前後の比抵抗低下率を測定した結果であり、図５は、図３に示される上述の比較例において抵抗体層４’のアニール処理前後の比抵抗低下率を測定した結果である。なお、図４及び図５のグラフで空欄（不連続）となっているのは、アニール処理時に生じた基板割れ等によりデータ取得できなかったためである。
【００２７】
図４を見ると、ＴａＮ−ＳｉＯ2からなる抵抗体層４では、アニール処理前後の抵抗低下率が６０％から６５％の範囲内にあり、全体の成膜バッチを通して安定していることが分かる。これに対し図５を見ると、Ｔａ−ＳｉＯ2からなる抵抗体層４’では、アニール処理前後での抵抗低下率は各成膜バッチ毎に不規則であり、全体の成膜バッチを通しての抵抗低下率の変動が大きい。この図４と図５を比較すれば、ＴａＮ−ＳｉＯ2からなる本実施例の抵抗体層４は、Ｔａ−ＳｉＯ2からなる抵抗体層４’よりも、アニール処理前後において比抵抗の変動が小さいことが明らかである。
【００２８】
以上の説明から明らかなように、ＴａＮ−ＳｉＯ2により抵抗体層４（複数の発熱抵抗体４ａ）を形成すれば、スパッタ成膜時に成膜バッチ毎の比抵抗のばらつきが低減され、且つ、比抵抗を１０ｍΩ・ｃｍ以上１００ｍΩ・ｃｍ以下の範囲内に調整しながら１５０〜４００ｎｍ程度の膜厚を維持できるので、従来のようにＴａ−ＳｉＯ2またはＴａＮにより抵抗体層を形成する場合よりも、発熱抵抗体４ａの再現性及び信頼性が向上する。また、ＴａＮ−ＳｉＯ2により抵抗体層４（複数の発熱抵抗体４ａ）が形成されていれば、アニール処理前後での比抵抗変動率も低減される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるサーマルヘッドの構造を示す断面図である。
【図２】図１の発熱抵抗体をＴａＮ−ＳｉＯ2形成した本実施例において、時系列的に連続する２つの成膜バッチ間での、発熱抵抗体の比抵抗変動率を示すグラフである。
【図３】図１の発熱抵抗体をＴａ−ＳｉＯ2形成した比較例において、時系列的に連続する２つの成膜バッチ間での、発熱抵抗体の比抵抗変動率を示すグラフである。
【図４】図１の発熱抵抗体をＴａＮ−ＳｉＯ2形成した本実施例において、アニール処理前後での抵抗値低下率を示すグラフである。
【図５】図１の発熱抵抗体をＴａ−ＳｉＯ2形成した比較例において、アニール処理前後での抵抗値低下率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１     基板
１ａ   基板表面
２     蓄熱層
３     絶縁層
４     抵抗体層
４ａ   発熱抵抗体
５     絶縁バリア層
６     共通電極
７     個別電極
８     Ａｌ電極
【図１】
2005349767.tif 000003
【図２】
2005349767.tif 000004
【図３】
2005349767.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005349767.tif 000007